CN106134415B - 一种用于35MPa高压管路中的柱塞式管路双密封接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间飞行器中的柱塞式双密封管路接头。所要解决的技术问题是提供一种用于35MPa高压管路中的柱塞式管路双密封接头，满足35MPa高压管路系统可靠密封的使用需要。本发明在第一道密封副中采用了硬度为邵尔A90的橡胶密封O形圈，并且在O形圈密封副上为了适应高压承压能力还将普通的平挡圈改进成了梯形挡圈。本发明中的第二道密封副中采用菱形垫圈取代了过去的平面垫圈，特点是同样的拧紧力矩下其密封比压明显提高。本发明可以在-100℃～+75℃温度范围内35MPa气路管路中工作，并具有稳定的密封使用寿命，解决了空间环境下管路接头的密封问题，具有密封性好、可靠性高、长寿命密封的特点。

Description

一种用于35MPa高压管路中的柱塞式管路双密封接头

技术领域

本发明涉及空间飞行器中的高压气路管路系统，尤其涉及柱塞式双密封管路接头。

技术背景

目前柱塞式双密封管路接头对应的适用公称压力最高为24MPa，而适用于35MPa的接头密封形式则均为单道密封的球头/喇叭口连接形式，比较双密封管路接头其密封可靠性相对较差。故国内尚无用于35MPa高压气体管路系统的柱塞式双密封管路接头。

参见图1(a)，图1(a)中11为柱塞接头；12为外套螺母；13为垫圈；14为螺纹接头；15为平挡圈；16为O形橡胶密封圈；用于24MPa高压气体管路系统中的柱塞式双密封管路接头采用的是由平挡圈15、O形橡胶密封圈16、平挡圈15组成的第一道径向密封结构加上第二道由金属密封垫圈13形成的端面密封结构共同构成双重密封结构，由平挡圈15、O形橡胶密封圈16、平挡圈15组成的第一道径向密封结构首先接触气体工质，O形橡胶密封圈16起密封作用，平挡圈15是防止O形橡胶密封圈16挤入柱塞接头11和螺纹接头14内圆柱面之间的间隙中，用于提高O形橡胶密封圈16的密封承压能力。第二道密封为金属垫圈13端面密封，柱塞接头11与螺纹接头14的密封面上都有一个60°环形凹槽，装配时金属垫圈13在外套螺母12拧紧后产生塑性变形，啮入柱塞接头11和螺纹接头14的凹槽中，以一定的密封比压实现可靠密封。此种结构形式的柱塞式双密封管路接头适用公称压力最高为24MPa，如用于35MPa气路系统，其主要存在的问题如下：

a)O形圈硬度问题：

橡胶O形圈在一定的压力作用下，如果密封间隙超过某一数值，则会发生挤隙现象，参见无挤隙情况的图1(b)以及有挤隙情况的图1(c)。

图1(b)、图1(c)中P代表压力，C代表密封间隙。

这在O形圈密封的设计中是不允许发生的。为防止挤隙现象的发生，通常采取以下措施：1)减小密封间隙；2)设置挡圈；3)采用高一级硬度的橡胶材料。

用于24MPa管路密封接头的O形圈邵氏A硬度为78，不发生挤隙时的最大间隙值为0.05mm，并采取了加挡圈的方式以提高O形圈的承压能力，因此满足了24MPa压力管路密封接头的使用要求，但由于硬度不够，无法用于公称压力为35MPa的气路管路系统。

b)平垫圈问题：

目前24MPa双密封管路接头中的第二道端面密封件是金属垫圈，是较为广泛使用的密封结构，但若此结构用于35MPa高压气路系统，为保证可靠密封则需要大大增加拧紧力矩，从而保证金属垫圈的密封比压以实现可靠密封，拧紧力矩将达到200N.m以上，这将极大增加在装配的难度，尤其是狭小空间内的装配可达性几乎不存在。因此24MPa密封接头中的平垫圈端面密封形式无法沿用至35MPa密封接头中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于35MPa高压管路中的柱塞式管路双密封接头，能有效克服现有技术的缺陷，满足35MPa高压管路系统可靠密封的使用需要。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种用于35MPa高压管路中的柱塞式管路双密封接头，包括柱塞接头、螺纹接头；所述柱塞接头与螺纹接头之间设有由第一道径向密封结构加上第二道端面密封结构共同构成的双重密封结构；其特征在于：所述第一道径向密封结构由梯形挡圈、硬度为邵尔A90的O形密封圈、平挡圈、平垫圈、钢丝挡圈构成，即：在柱塞接头前部顺高压气体的通入方向依次安装有钢丝挡圈、平垫圈、平挡圈、硬度为邵尔A90的O形密封圈、梯形挡圈；所述O形橡胶密封圈起密封作用，所述梯形挡圈用于防止O形橡胶密封圈挤入柱塞接头和螺纹接头之间的密封间隙中；所述平挡圈用于提高O形圈的承压能力，避免发生挤隙现象；所述平垫圈及钢丝挡圈用于固定O形圈及平挡圈，防止O形圈及平挡圈脱离装配位置；所述第二道端面密封结构由不锈钢菱形垫圈构成端面密封。

本发明带来以下有益效果：

本发明提供了一种能够用于35MPa高压管路系统中的柱塞式双密封密封接头，由于该结构具有两道密封副，在任意一道密封副失效后，剩余一道密封副仍能够保证可靠密封，因此其密封可靠性较传统的单道密封副的球头/喇叭口密封形式大幅提高。

本发明可以在-100℃～+75℃温度范围内35MPa气路管路中工作，并具有稳定的密封使用寿命，解决了空间环境下管路接头的密封问题，具有密封性好、可靠性高、长寿命密封的特点。

附图说明

图1(a)现有技术中柱塞式双密封管路接头剖视图

图1(b)O形密封圈在无挤隙情况下的示意图

图1(c)O形密封圈在有挤隙情况下的示意图

图2本发明一个实施例即外螺纹柱塞式管路密封接头剖视图；

图3本发明另一个实施例即内螺纹柱塞式管路密封接头剖视图；

图4(a)本发明采用的菱形垫圈端面剖视图

图4(b)本发明采用的菱形垫圈结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图2是本发明一种外螺纹柱塞式管路密封接头剖视图；图2中标记为：21为柱塞接头，22为外套螺母，23为外螺纹接头，24为梯形挡圈，25为平挡圈，26为平垫圈，27为钢丝挡圈，28为O形橡胶密封圈，29为菱形垫圈。

首先，在柱塞接头21上装入不锈钢菱形垫圈29，再在柱塞接头21上依次装入梯形挡圈24、O形橡胶密封圈28、平挡圈25、平垫圈26，然后在柱塞接头21顶部凹槽内装入钢丝挡圈27。上述工作完成后，把柱塞接头21装入外螺纹接头23中，需要涂抹润滑脂，最后施加一定的拧紧力矩，拧上外套螺母22，即可完成图2所示外螺纹柱塞式管路密封接头。

图3是本发明一种内螺纹柱塞式管路密封接头剖视图；图3中标记为：31为柱塞接头，32为压紧套，33为内螺纹接头，34为梯形挡圈，35为平挡圈，36为平垫圈，37为钢丝挡圈，38为O形橡胶密封圈，39为菱形垫圈。

首先，在柱塞接头31上装入不锈钢菱形垫圈39，再在柱塞接头31上依次装入梯形挡圈34、O形密封圈38、平挡圈35、平垫圈36，然后在柱塞接头31顶部凹槽内装入钢丝挡圈37，装入内螺纹接头33中，需要涂抹润滑脂，施加一定的拧紧力矩，把压紧套32装配到柱塞接头31上，即可完成如图3所示的内螺纹柱塞式管路密封接头。

结合以上两个实施例，本发明的双重密封结构均可适用于外螺纹及内螺纹两种结构形式接头中，对于有密封要求的不同设备端有着良好的适应性。第一道密封副中采用了硬度为邵尔A90的橡胶密封O形圈，从设计上保证O形圈不会出现挤隙现象。并且在O形圈密封副上为了适应高压承压能力还将普通的平挡圈改进成了梯形挡圈，当高压气体作用在O形圈之后，O形圈能够将压力传递给梯形挡圈，梯形挡圈受力后发生变形而紧贴壁面，从而使密封间隙降至零。这种梯形挡圈在大大提高O形圈的承压能力的同时，还能够起到辅助密封的作用，具有35MPa下的承压密封性好的特点。

本发明中的第二道密封副中采用图4(a)、图4(b)所示的菱形垫圈取代了过去24MPa的平面垫圈，特点是同样的拧紧力矩下其密封比压明显提高，从而使得装配时的拧紧力矩与24MPa管路密封接头基本保持一致，安装较为简单的情况下，仍能够保证可靠密封。

此发明经过了拧紧力矩试验、拆装试验、常温氦检漏、高、低温氦检漏、高压氧充放气试验、扭拉关系试验、密封贮存试验、介质浸泡试验，回转弯曲、脉冲压力试验，上述试验结果均表明该种双道密封的柱塞式管路密封接头具有在35MPa高压力下具有良好的密封效果，解决了空间飞行器里35MPa气路管路系统的可靠密封问题，具有承压密封性好、密封可靠性高、长寿命承压性、装配较为简单等特点。

下面对本发明的工作过程进行描述：

结合参见图2、图3，本发明的这种柱塞式管路密封接头在高压气体通入的工作状态时，当高压气体作用在O形圈之后，O形圈将压力传递给梯形挡圈，梯形挡圈受力后发生变形而紧贴壁面，从而使密封间隙降至零，从设计上保证第一道密封副的可靠密封。在拧紧力矩的作用下，不锈钢菱形垫圈硬度较高，已使柱塞接头及螺纹接头两端的密封面发生变形，菱形垫圈两端的尖边形成线密封，从而实现第二道密封副的可靠密封。

Claims (1)

1.一种用于35MPa高压管路中的柱塞式管路双密封接头，包括柱塞接头、螺纹接头；所述柱塞接头与螺纹接头之间设有由第一道径向密封结构加上第二道端面密封结构共同构成的双重密封结构；其特征在于：所述第一道径向密封结构由梯形挡圈、硬度为邵尔A90的O形橡胶密封圈、平挡圈、平垫圈、钢丝挡圈构成，即：在柱塞接头前部顺高压气体的通入方向依次安装有钢丝挡圈、平垫圈、平挡圈、硬度为邵尔A90的O形橡胶密封圈、梯形挡圈；所述O形橡胶密封圈起密封作用，所述梯形挡圈用于防止O形橡胶密封圈挤入柱塞接头和螺纹接头之间的密封间隙中；所述平挡圈用于提高O形橡胶密封圈的承压能力，避免发生挤隙现象；所述平垫圈及钢丝挡圈用于固定O形橡胶密封圈及平挡圈，防止O形橡胶密封圈及平挡圈脱离装配位置；所述第二道端面密封结构由不锈钢菱形垫圈构成端面密封。